JPH07288135A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH07288135A JPH07288135A JP6078742A JP7874294A JPH07288135A JP H07288135 A JPH07288135 A JP H07288135A JP 6078742 A JP6078742 A JP 6078742A JP 7874294 A JP7874294 A JP 7874294A JP H07288135 A JPH07288135 A JP H07288135A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池の活性が低下し電気化学反応量を増
加させて運転する時に、冷却剤としての酸化ガス供給流
量の増大を防止することにある。 【構成】 燃料電池に冷却も兼ねる酸化ガスを昇圧して
供給する酸化ガス供給装置２、酸化ガス供給装置２の出
口に設け酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却装置５、酸化
ガス冷却装置５の出口酸化ガス温度を検出する第１の温
度センサ６、酸化ガス温度センサ６の検出信号を入力し
酸化ガス冷却装置５へ制御信号を出力する酸化ガス温度
制御器７、燃料電池の反応量を直流出力電流として検出
する直流電流センサ８、直流電流センサ８が検出した直
流電流を入力し酸化ガス温度制御器７の温度制御設定値
を設定する酸化ガス温度設定器９とにより構成される。
加させて運転する時に、冷却剤としての酸化ガス供給流
量の増大を防止することにある。 【構成】 燃料電池に冷却も兼ねる酸化ガスを昇圧して
供給する酸化ガス供給装置２、酸化ガス供給装置２の出
口に設け酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却装置５、酸化
ガス冷却装置５の出口酸化ガス温度を検出する第１の温
度センサ６、酸化ガス温度センサ６の検出信号を入力し
酸化ガス冷却装置５へ制御信号を出力する酸化ガス温度
制御器７、燃料電池の反応量を直流出力電流として検出
する直流電流センサ８、直流電流センサ８が検出した直
流電流を入力し酸化ガス温度制御器７の温度制御設定値
を設定する酸化ガス温度設定器９とにより構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の性能劣化時
の酸化ガス量増大に配慮した燃料電池発電装置に関す
る。
の酸化ガス量増大に配慮した燃料電池発電装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置は、文献：「燃料電池
発電システム」、燃料電池発電システム編集委員会編、
オーム社1992刊に示されるように、燃料ガスと酸化ガス
が供給され電気化学反応により発電する。
発電システム」、燃料電池発電システム編集委員会編、
オーム社1992刊に示されるように、燃料ガスと酸化ガス
が供給され電気化学反応により発電する。
【０００３】図６は従来の燃料電池発電装置の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【０００４】本図に示すように、燃料電池に炭化水素を
改質して燃料ガスとして供給する燃料改質装置１、燃料
電池に冷却も兼ねる酸化ガスを昇圧し燃料改質装置１か
らの炭酸ガスを加えて供給する酸化ガス供給装置２、燃
料改質装置１及び酸化ガス供給装置２と配管により接続
された燃料電池３、この燃料電池３の直流出力端に接続
された直交変換装置４、燃料電池３の排気側から酸化ガ
ス供給側へを循環する循環ブロア１０、燃料電池３に供
給される酸化ガスと排気の混合ガス温度を検出する第２
の温度センサ１１、第２の温度センサ１１が検出した混
合ガス温度が所定の値になるように循環ブロア１０の循
環流量を制御する混合ガス温度制御器１２とにより構成
される。
改質して燃料ガスとして供給する燃料改質装置１、燃料
電池に冷却も兼ねる酸化ガスを昇圧し燃料改質装置１か
らの炭酸ガスを加えて供給する酸化ガス供給装置２、燃
料改質装置１及び酸化ガス供給装置２と配管により接続
された燃料電池３、この燃料電池３の直流出力端に接続
された直交変換装置４、燃料電池３の排気側から酸化ガ
ス供給側へを循環する循環ブロア１０、燃料電池３に供
給される酸化ガスと排気の混合ガス温度を検出する第２
の温度センサ１１、第２の温度センサ１１が検出した混
合ガス温度が所定の値になるように循環ブロア１０の循
環流量を制御する混合ガス温度制御器１２とにより構成
される。
【０００５】外部から供給される炭化水素は水蒸気改質
法などで燃料改質装置１により高水素濃度の燃料ガスと
なり燃料電池３の燃料極３Ａに供給される。外部から供
給される酸化ガス例えば空気は圧縮機、効率を高めるた
めの予熱装置などを備えた酸化ガス供給装置２より所定
の圧力に調整され、循環ブロア１０からの高温排気を加
えて所定の温度に調整され燃料電池３の空気極３Ｂに供
給される。燃料電池３では、この燃料ガスと酸化ガスに
よって直流電力を発電する。この直流電力は直交変換装
置４に供給され、交流電力に変換して負荷に供給され
る。
法などで燃料改質装置１により高水素濃度の燃料ガスと
なり燃料電池３の燃料極３Ａに供給される。外部から供
給される酸化ガス例えば空気は圧縮機、効率を高めるた
めの予熱装置などを備えた酸化ガス供給装置２より所定
の圧力に調整され、循環ブロア１０からの高温排気を加
えて所定の温度に調整され燃料電池３の空気極３Ｂに供
給される。燃料電池３では、この燃料ガスと酸化ガスに
よって直流電力を発電する。この直流電力は直交変換装
置４に供給され、交流電力に変換して負荷に供給され
る。
【０００６】次に、燃料電池発電装置の基本的な制御を
説明する。
説明する。
【０００７】負荷に供給される交流電力に見合う直流電
力を燃料電池３が発電するために必要な燃料ガスと酸化
ガスの供給流量は、直流出力電流に比例するのでこの直
流電流の大小に応じて燃料ガスと酸化ガスの供給流量を
制御する。燃料電池３の電気化学反応は、反応に適した
温度範囲がありかつ発熱反応であるため、燃料電池３の
温度を反応に適した温度範囲に保持し、過熱を防止する
冷却が必要である。燃料電池３の発熱量が大きい時に
は、過熱しないよう酸化ガスを冷却剤として使用し、酸
化ガス供給温度を検出し排気循環量を減少させるように
制御する。発熱量が小さい時には、電解質融点以下に燃
料電池３の温度が低下しないように、酸化ガス供給温度
を検出し排気循環量を増加させるように制御する。
力を燃料電池３が発電するために必要な燃料ガスと酸化
ガスの供給流量は、直流出力電流に比例するのでこの直
流電流の大小に応じて燃料ガスと酸化ガスの供給流量を
制御する。燃料電池３の電気化学反応は、反応に適した
温度範囲がありかつ発熱反応であるため、燃料電池３の
温度を反応に適した温度範囲に保持し、過熱を防止する
冷却が必要である。燃料電池３の発熱量が大きい時に
は、過熱しないよう酸化ガスを冷却剤として使用し、酸
化ガス供給温度を検出し排気循環量を減少させるように
制御する。発熱量が小さい時には、電解質融点以下に燃
料電池３の温度が低下しないように、酸化ガス供給温度
を検出し排気循環量を増加させるように制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電装
置では、燃料電池の性能が劣化して直流出力が低下する
と、燃料ガスと酸化ガスの供給量を増して直流出力を確
保している。この操作は電気化学反応による発熱量の増
加を伴うので、燃料電池を冷却する能力を向上しなけれ
ばならない。燃料電池へ供給する酸化ガスを用いた冷却
で、酸化ガス供給温度一定の制御をしているから冷却能
力を向上させるためには、酸化ガス供給量を増加しなけ
ればならない。燃料電池性能の劣化時に冷却に必要な酸
化ガスの増加量は著しく多くなり、冷却に係る酸化ガス
供給装置の機器は建設時から大容量化しなければなら
ず、燃料電池発電装置のコストが上昇したり、劣化時に
燃料電池内を通過するガス量の増加によって燃料電池電
解質の飛散量が増え、寿命を短くするなどの問題が発生
する。
置では、燃料電池の性能が劣化して直流出力が低下する
と、燃料ガスと酸化ガスの供給量を増して直流出力を確
保している。この操作は電気化学反応による発熱量の増
加を伴うので、燃料電池を冷却する能力を向上しなけれ
ばならない。燃料電池へ供給する酸化ガスを用いた冷却
で、酸化ガス供給温度一定の制御をしているから冷却能
力を向上させるためには、酸化ガス供給量を増加しなけ
ればならない。燃料電池性能の劣化時に冷却に必要な酸
化ガスの増加量は著しく多くなり、冷却に係る酸化ガス
供給装置の機器は建設時から大容量化しなければなら
ず、燃料電池発電装置のコストが上昇したり、劣化時に
燃料電池内を通過するガス量の増加によって燃料電池電
解質の飛散量が増え、寿命を短くするなどの問題が発生
する。
【０００９】本発明の目的は、燃料電池の活性が低下し
電気化学反応量を増加させて運転する時に、冷却剤とし
ての酸化ガス供給流量の増大を防止することにある。
電気化学反応量を増加させて運転する時に、冷却剤とし
ての酸化ガス供給流量の増大を防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、燃料ガスと
酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該
燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
と、該燃料電池へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給
手段と、前記燃料電池からの排気を該酸化ガス供給手段
の出口側に供給する排気循環手段と、前記燃料電池に供
給される前記酸化ガスと排気の混合ガス温度を検出し前
記排気循環手段の供給能力を制御する混合ガス温度制御
手段とを備えた燃料電池発電装置において、前記酸化ガ
ス供給手段の出口に設け前記酸化ガスを冷却する酸化ガ
ス冷却手段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電
池反応量検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出
した前記燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス冷却手
段へ制御量を出力する酸化ガス温度制御手段とを設けた
ことにより達成される。
酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該
燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
と、該燃料電池へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給
手段と、前記燃料電池からの排気を該酸化ガス供給手段
の出口側に供給する排気循環手段と、前記燃料電池に供
給される前記酸化ガスと排気の混合ガス温度を検出し前
記排気循環手段の供給能力を制御する混合ガス温度制御
手段とを備えた燃料電池発電装置において、前記酸化ガ
ス供給手段の出口に設け前記酸化ガスを冷却する酸化ガ
ス冷却手段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電
池反応量検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出
した前記燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス冷却手
段へ制御量を出力する酸化ガス温度制御手段とを設けた
ことにより達成される。
【００１１】上記目的は、燃料ガスと酸化ガスの電気化
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃
料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前
記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電
池からの排気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する
排気循環手段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガ
スと排気の混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供
給能力を制御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料
電池発電装置において、前記酸化ガス供給手段の出口に
設け前記酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却手段と、該酸
化ガス冷却手段の出口酸化ガス温度を検出する酸化ガス
温度検出手段と、該温度検出手段が検出した温度を入力
し前記酸化ガス冷却手段へ制御量を出力する酸化ガス温
度制御手段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電
池反応量検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出
した前記燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス温度制
御手段の温度制御設定値を設定する酸化ガス温度設定手
段とを設けたことにより達成される。
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃
料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前
記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電
池からの排気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する
排気循環手段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガ
スと排気の混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供
給能力を制御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料
電池発電装置において、前記酸化ガス供給手段の出口に
設け前記酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却手段と、該酸
化ガス冷却手段の出口酸化ガス温度を検出する酸化ガス
温度検出手段と、該温度検出手段が検出した温度を入力
し前記酸化ガス冷却手段へ制御量を出力する酸化ガス温
度制御手段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電
池反応量検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出
した前記燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス温度制
御手段の温度制御設定値を設定する酸化ガス温度設定手
段とを設けたことにより達成される。
【００１２】上記目的は、燃料ガスと酸化ガスの電気化
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃
料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前
記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電
池からの排気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する
排気循環手段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガ
スと排気の混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供
給能力を制御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料
電池発電装置において、前記酸化ガス供給手段の出口に
設け冷却媒体または低温の装置内流体と熱交換する熱交
換器と該熱交換器をバイパスするバイパスラインと該バ
イパスラインに配置した制御弁を有する酸化ガス冷却手
段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電池反応量
検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出した前記
燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス冷却手段の制御
弁へ制御量を出力する酸化ガス温度制御手段とを設けた
ことにより達成される。
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃
料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前
記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電
池からの排気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する
排気循環手段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガ
スと排気の混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供
給能力を制御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料
電池発電装置において、前記酸化ガス供給手段の出口に
設け冷却媒体または低温の装置内流体と熱交換する熱交
換器と該熱交換器をバイパスするバイパスラインと該バ
イパスラインに配置した制御弁を有する酸化ガス冷却手
段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電池反応量
検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出した前記
燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス冷却手段の制御
弁へ制御量を出力する酸化ガス温度制御手段とを設けた
ことにより達成される。
【００１３】上記目的は、燃料ガスと酸化ガスの電気化
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃
料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前
記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電
池からの排気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する
排気循環手段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガ
スと排気の混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供
給能力を制御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料
電池発電装置において、前記酸化ガス供給手段の出口に
設け冷却媒体または低温の装置内流体と熱交換する熱交
換器と該熱交換器をバイパスするバイパスラインと該バ
イパスラインに配置した制御弁を有する酸化ガス冷却手
段と、該酸化ガス冷却手段の出口酸化ガス温度を検出す
る酸化ガス温度検出手段と、該温度検出手段が検出した
温度を入力し前記酸化ガス冷却手段の制御弁へ制御量を
出力する酸化ガス温度制御手段と、前記燃料電池の反応
量を検出する燃料電池反応量検出手段と、該燃料電池反
応量検出手段が検出した前記燃料電池の反応量を入力し
前記酸化ガス温度制御手段の温度制御設定値を設定する
酸化ガス温度設定手段とを設けたことにより達成され
る。
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃
料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前
記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電
池からの排気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する
排気循環手段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガ
スと排気の混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供
給能力を制御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料
電池発電装置において、前記酸化ガス供給手段の出口に
設け冷却媒体または低温の装置内流体と熱交換する熱交
換器と該熱交換器をバイパスするバイパスラインと該バ
イパスラインに配置した制御弁を有する酸化ガス冷却手
段と、該酸化ガス冷却手段の出口酸化ガス温度を検出す
る酸化ガス温度検出手段と、該温度検出手段が検出した
温度を入力し前記酸化ガス冷却手段の制御弁へ制御量を
出力する酸化ガス温度制御手段と、前記燃料電池の反応
量を検出する燃料電池反応量検出手段と、該燃料電池反
応量検出手段が検出した前記燃料電池の反応量を入力し
前記酸化ガス温度制御手段の温度制御設定値を設定する
酸化ガス温度設定手段とを設けたことにより達成され
る。
【００１４】上記燃料電池反応量検出手段は前記燃料電
池の直流出力電流を検出する手段であることが望まし
い。
池の直流出力電流を検出する手段であることが望まし
い。
【００１５】上記燃料電池反応量検出手段は、前記燃料
電池の本体温度を検出する手段であることが望ましい。
電池の本体温度を検出する手段であることが望ましい。
【００１６】上記燃料電池反応量検出手段は、前記燃料
電池の排気温度を検出する手段と、前記燃料及び前記酸
化ガスの両方またはいずれか一方の流量を検出する手段
と、前記排気温度の検出値及び前記流量検出値から排気
熱量を演算する手段であるであることが望ましい。
電池の排気温度を検出する手段と、前記燃料及び前記酸
化ガスの両方またはいずれか一方の流量を検出する手段
と、前記排気温度の検出値及び前記流量検出値から排気
熱量を演算する手段であるであることが望ましい。
【００１７】
【作用】燃料電池の性能が劣化した時定格の出力を得る
ために反応量を増加させて運転することになるが、発熱
量も増加する。上記構成によれば、燃料電池の反応量増
加を燃料電池反応量検出手段により検出し、反応量検出
値の増加により酸化ガス温度制御手段が酸化ガス冷却手
段の冷却量を増加するように制御するから酸化ガスの温
度が低下し、酸化ガスの流量を増加させずに燃料電池を
冷却し酸化ガス供給流量の増大を防止することができ
る。また、燃料電池を通過するガス量が増加しないので
電解質の飛散も防止され燃料電池の長寿命化を図ること
ができる。
ために反応量を増加させて運転することになるが、発熱
量も増加する。上記構成によれば、燃料電池の反応量増
加を燃料電池反応量検出手段により検出し、反応量検出
値の増加により酸化ガス温度制御手段が酸化ガス冷却手
段の冷却量を増加するように制御するから酸化ガスの温
度が低下し、酸化ガスの流量を増加させずに燃料電池を
冷却し酸化ガス供給流量の増大を防止することができ
る。また、燃料電池を通過するガス量が増加しないので
電解質の飛散も防止され燃料電池の長寿命化を図ること
ができる。
【００１８】そして、酸化ガス冷却手段の出口酸化ガス
温度を制御する酸化ガス温度制御手段の設定を燃料電池
の反応量により行うカスケード制御ループを構成するこ
とにより安定した制御ができる。
温度を制御する酸化ガス温度制御手段の設定を燃料電池
の反応量により行うカスケード制御ループを構成するこ
とにより安定した制御ができる。
【００１９】更に、燃料電池の性能が劣化した時に直流
出力電圧が低下してくる。燃料電池の定格出力を確保す
るために反応量を増加させると直流出力電流が増加する
から、直流出力電流の検出により反応量を検出できる。
出力電圧が低下してくる。燃料電池の定格出力を確保す
るために反応量を増加させると直流出力電流が増加する
から、直流出力電流の検出により反応量を検出できる。
【００２０】反応量の増加により発熱量が増加するから
燃料電池の本体温度が高くなり、本体温度の検出により
反応量を検出できる。
燃料電池の本体温度が高くなり、本体温度の検出により
反応量を検出できる。
【００２１】反応量の増加は酸化ガスと燃料ガスの増加
及び本体温度の上昇を伴うから排気温度を検出し、酸化
ガスと燃料ガスの両方の流量または一方を検出し他方を
反応相関により求め、排気熱量を演算して求めることに
より反応量を検出できる。
及び本体温度の上昇を伴うから排気温度を検出し、酸化
ガスと燃料ガスの両方の流量または一方を検出し他方を
反応相関により求め、排気熱量を演算して求めることに
より反応量を検出できる。
【００２２】次に、酸化ガス冷却手段の熱交換器のバイ
パスラインに配置した制御弁を酸化ガス温度制御手段に
より制御すると、酸化ガスの熱交換器とバイパスライン
への分流比が変化するから酸化ガスの温度を制御でき
る。
パスラインに配置した制御弁を酸化ガス温度制御手段に
より制御すると、酸化ガスの熱交換器とバイパスライン
への分流比が変化するから酸化ガスの温度を制御でき
る。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により詳述する。
【００２４】先ず、本実施例の構成を説明する。
【００２５】図１は本発明の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【００２６】本図に示すように本実施例は、燃料電池に
メタン等の炭化水素を改質して燃料ガスとして供給する
燃料改質装置１、燃料電池に冷却も兼ねる酸化ガスを昇
圧し燃料改質装置１からの炭酸ガスを加えて供給する酸
化ガス供給装置２、燃料改質装置１及び酸化ガス供給装
置２に接続された燃料電池３、この燃料電池３の直流出
力端に接続された直交変換装置４、酸化ガス供給装置２
の出口に設け酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却装置５、
酸化ガス冷却装置５の出口酸化ガス温度を検出する第１
の温度センサ６、第１の温度センサ６の検出信号を入力
し酸化ガス冷却装置５へ制御信号を出力する酸化ガス温
度制御器７、燃料電池の反応量を直流出力電流として検
出する直流電流センサ８、直流電流センサ８が検出した
直流電流を入力し酸化ガス温度制御器７の温度制御設定
値を設定する酸化ガス温度設定器９、燃料電池３の排気
側から酸化ガス供給側へ排気を循環する図示せざる循環
ブロワ１０、燃料電池３に供給される酸化ガスと排気の
混合ガス温度を検出する図示せざる第２の温度センサ１
１、第２の温度センサ１１が検出した混合ガス温度が所
定の値になるように循環ブロワ１０の循環流量を制御す
る図示せざる混合ガス温度制御器１２とにより構成され
る。
メタン等の炭化水素を改質して燃料ガスとして供給する
燃料改質装置１、燃料電池に冷却も兼ねる酸化ガスを昇
圧し燃料改質装置１からの炭酸ガスを加えて供給する酸
化ガス供給装置２、燃料改質装置１及び酸化ガス供給装
置２に接続された燃料電池３、この燃料電池３の直流出
力端に接続された直交変換装置４、酸化ガス供給装置２
の出口に設け酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却装置５、
酸化ガス冷却装置５の出口酸化ガス温度を検出する第１
の温度センサ６、第１の温度センサ６の検出信号を入力
し酸化ガス冷却装置５へ制御信号を出力する酸化ガス温
度制御器７、燃料電池の反応量を直流出力電流として検
出する直流電流センサ８、直流電流センサ８が検出した
直流電流を入力し酸化ガス温度制御器７の温度制御設定
値を設定する酸化ガス温度設定器９、燃料電池３の排気
側から酸化ガス供給側へ排気を循環する図示せざる循環
ブロワ１０、燃料電池３に供給される酸化ガスと排気の
混合ガス温度を検出する図示せざる第２の温度センサ１
１、第２の温度センサ１１が検出した混合ガス温度が所
定の値になるように循環ブロワ１０の循環流量を制御す
る図示せざる混合ガス温度制御器１２とにより構成され
る。
【００２７】図２は図１の酸化ガス冷却装置の構成を説
明する説明図である。
明する説明図である。
【００２８】本図に示すように酸化ガス冷却装置は酸化
ガス供給装置２からの酸化ガスと冷却水または低温のプ
ロセス流体と熱交換する熱交換器１３、熱交換器１３を
バイパスするバイパスライン１４、バイパスライン１４
に配置し酸化ガス温度制御器７からの制御信号により動
作する調節弁１５、熱交換器１３の酸化ガス入口側に配
置した弁１６とから構成される。
ガス供給装置２からの酸化ガスと冷却水または低温のプ
ロセス流体と熱交換する熱交換器１３、熱交換器１３を
バイパスするバイパスライン１４、バイパスライン１４
に配置し酸化ガス温度制御器７からの制御信号により動
作する調節弁１５、熱交換器１３の酸化ガス入口側に配
置した弁１６とから構成される。
【００２９】燃料電池３の性能が劣化せず酸化ガスを冷
却する必要の無い時は、弁１６を全閉とし調節弁１５を
全開とする。燃料電池３の性能が劣化し酸化ガスを冷却
する場合には弁１６を開き調節弁１５の開度を酸化ガス
温度制御器７からの制御信号により変えて酸化ガス温度
を制御する。
却する必要の無い時は、弁１６を全閉とし調節弁１５を
全開とする。燃料電池３の性能が劣化し酸化ガスを冷却
する場合には弁１６を開き調節弁１５の開度を酸化ガス
温度制御器７からの制御信号により変えて酸化ガス温度
を制御する。
【００３０】次に、本実施例の動作を説明する。
【００３１】酸化ガス温度設定器９の出力信号は、直流
電流センサ８の検出信号が大きくなると酸化ガス温度制
御器７の温度設定値を相対的に小さくするように制御特
性を予め定めておく。
電流センサ８の検出信号が大きくなると酸化ガス温度制
御器７の温度設定値を相対的に小さくするように制御特
性を予め定めておく。
【００３２】図３は図１の酸化ガス温度制御器の温度設
定を説明する図表である。
定を説明する図表である。
【００３３】本図に示すように燃料電池の性能劣化によ
る反応量の増加につれて酸化ガス温度制御器７の温度設
定を低下させるが、電解質融点より高い温度を保持しな
ければならないのは当然である。
る反応量の増加につれて酸化ガス温度制御器７の温度設
定を低下させるが、電解質融点より高い温度を保持しな
ければならないのは当然である。
【００３４】次に、本発明の他の実施例を説明する。
【００３５】図４は本発明の他の実施例の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【００３６】本実施例は本図に示すように図１の直流電
流センサ８に代えて燃料電池の本体温度を検出する単独
あるいは複数の第３の温度センサ１７を用いている。本
体温度を検出することにより燃料電池の反応量の増加を
検出できる。他の構成は図１の構成と同じである。
流センサ８に代えて燃料電池の本体温度を検出する単独
あるいは複数の第３の温度センサ１７を用いている。本
体温度を検出することにより燃料電池の反応量の増加を
検出できる。他の構成は図１の構成と同じである。
【００３７】図５は本発明の他の実施例の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【００３８】本実施例は本図に示すように図１の直流電
流センサ８に代えて燃料電池の排気温度を検出する第４
の温度センサ１８、燃料の流量を検出する燃料流量計１
９、酸化ガスの流量を検出する酸化ガス流量計２０を用
い酸化ガスと燃料ガスの両方の流量、またはいず何れか
一方の流量を検出している。検出した酸化ガスと燃料ガ
スの両方の流量と排気温度とから排気熱量を演算し反応
量を求めている。また、酸化ガスと燃料ガスのうちの一
方を検出し他方を反応相関により求めることもできる。
他の構成は図１の構成と同じである。
流センサ８に代えて燃料電池の排気温度を検出する第４
の温度センサ１８、燃料の流量を検出する燃料流量計１
９、酸化ガスの流量を検出する酸化ガス流量計２０を用
い酸化ガスと燃料ガスの両方の流量、またはいず何れか
一方の流量を検出している。検出した酸化ガスと燃料ガ
スの両方の流量と排気温度とから排気熱量を演算し反応
量を求めている。また、酸化ガスと燃料ガスのうちの一
方を検出し他方を反応相関により求めることもできる。
他の構成は図１の構成と同じである。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、燃料電池の性能が劣化
して電気化学反応量増加による発熱量が増加した時、反
応量を検出して酸化ガス供給温度を低下させる制御を行
うことにより、酸化ガスの流量を増加させずに燃料電池
を冷却し酸化ガス供給流量の増大を防止することができ
る。また、燃料電池を通過するガス量が増加しないので
電解質の飛散も防止され燃料電池の長寿命化を図ること
ができる。
して電気化学反応量増加による発熱量が増加した時、反
応量を検出して酸化ガス供給温度を低下させる制御を行
うことにより、酸化ガスの流量を増加させずに燃料電池
を冷却し酸化ガス供給流量の増大を防止することができ
る。また、燃料電池を通過するガス量が増加しないので
電解質の飛散も防止され燃料電池の長寿命化を図ること
ができる。
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】図１の酸化ガス冷却装置の構成を説明する説明
図である。
図である。
【図３】図１の酸化ガス温度制御器の温度設定を説明す
る図表である。
る図表である。
【図４】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図５】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図６】従来の燃料電池発電装置の構成を示すブロック
図である。
図である。
１ 燃料改質装置 ２ 酸化ガス供給装置 ３ 燃料電池 ３Ａ 燃料極 ３Ｂ 空気極 ４ 直交変換装置 ５ 酸化ガス冷却装置 ６ 第１の温度センサ ７ 酸化ガス温度制御器 ８ 直流電流センサ ９ 酸化ガス温度設定器 １０ 循環ブロア １１ 第２の温度センサ １２ 混合ガス温度制御器 １３ 熱交換器 １４ バイパスライン １５ 調節弁 １６ 弁 １７ 第３の温度センサ １８ 第４の温度センサ １９ 燃料流量計 ２０ 酸化ガス流量計
Claims (7)
- 【請求項１】 燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によ
り発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供
給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前記酸化ガス
を供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池からの排
気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する排気循環手
段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスと排気の
混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供給能力を制
御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料電池発電装
置において、 前記酸化ガス供給手段の出口に設け前記酸化ガスを冷却
する酸化ガス冷却手段と、前記燃料電池の反応量を検出
する燃料電池反応量検出手段と、該燃料電池反応量検出
手段が検出した前記燃料電池の反応量を入力し前記酸化
ガス冷却手段へ制御量を出力する酸化ガス温度制御手段
とを設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によ
り発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供
給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前記酸化ガス
を供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池からの排
気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する排気循環手
段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスと排気の
混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供給能力を制
御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料電池発電装
置において、 前記酸化ガス供給手段の出口に設け前記酸化ガスを冷却
する酸化ガス冷却手段と、該酸化ガス冷却手段の出口酸
化ガス温度を検出する酸化ガス温度検出手段と、該温度
検出手段が検出した温度を入力し前記酸化ガス冷却手段
へ制御量を出力する酸化ガス温度制御手段と、前記燃料
電池の反応量を検出する燃料電池反応量検出手段と、該
燃料電池反応量検出手段が検出した前記燃料電池の反応
量を入力し前記酸化ガス温度制御手段の温度制御設定値
を設定する酸化ガス温度設定手段とを設けたことを特徴
とする燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によ
り発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供
給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前記酸化ガス
を供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池からの排
気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する排気循環手
段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスと排気の
混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供給能力を制
御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料電池発電装
置において、 前記酸化ガス供給手段の出口に設け冷却媒体または低温
の装置内流体と熱交換する熱交換器と該熱交換器をバイ
パスするバイパスラインと該バイパスラインに配置した
制御弁を有する酸化ガス冷却手段と、前記燃料電池の反
応量を検出する燃料電池反応量検出手段と、該燃料電池
反応量検出手段が検出した前記燃料電池の反応量を入力
し前記酸化ガス冷却手段の制御弁へ制御量を出力する酸
化ガス温度制御手段とを設けたことを特徴とする燃料電
池発電装置。 - 【請求項４】 燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によ
り発電する燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供
給する燃料ガス供給手段と、該燃料電池へ前記酸化ガス
を供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池からの排
気を該酸化ガス供給手段の出口側に供給する排気循環手
段と、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスと排気の
混合ガス温度を検出し前記排気循環手段の供給能力を制
御する混合ガス温度制御手段とを備えた燃料電池発電装
置において、 前記酸化ガス供給手段の出口に設け冷却媒体または低温
の装置内流体と熱交換する熱交換器と該熱交換器をバイ
パスするバイパスラインと該バイパスラインに配置した
制御弁を有する酸化ガス冷却手段と、該酸化ガス冷却手
段の出口酸化ガス温度を検出する酸化ガス温度検出手段
と、該温度検出手段が検出した温度を入力し前記酸化ガ
ス冷却手段の制御弁へ制御量を出力する酸化ガス温度制
御手段と、前記燃料電池の反応量を検出する燃料電池反
応量検出手段と、該燃料電池反応量検出手段が検出した
前記燃料電池の反応量を入力し前記酸化ガス温度制御手
段の温度制御設定値を設定する酸化ガス温度設定手段と
を設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 前記燃料電池反応量検出手段が前記燃料
電池の直流出力電流を検出する手段であることを特徴と
する請求項１から請求項４のうちの何れかの請求項に記
載の燃料電池発電装置。 - 【請求項６】 前記燃料電池反応量検出手段が前記燃料
電池の本体温度を検出する手段であることを特徴とする
請求項１から請求項４のうちの何れかの請求項に記載の
燃料電池発電装置。 - 【請求項７】 前記燃料電池反応量検出手段が前記燃料
電池の排気温度を検出する手段と、前記燃料及び前記酸
化ガスの両方またはいずれか一方の流量を検出する手段
と、前記排気温度の検出値及び前記流量検出値から排気
熱量を演算する手段であることを特徴とする請求項１か
ら請求項４のうちの何れかの請求項に記載の燃料電池発
電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6078742A JP2811277B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | ガス冷却式燃料電池発電装置の温度制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6078742A JP2811277B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | ガス冷却式燃料電池発電装置の温度制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07288135A true JPH07288135A (ja) | 1995-10-31 |
| JP2811277B2 JP2811277B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=13670345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6078742A Expired - Fee Related JP2811277B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | ガス冷却式燃料電池発電装置の温度制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811277B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08153533A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-06-11 | Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | 燃料電池発電設備の温度制御方法 |
| JP2001202981A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池運転制御システム及び方法 |
| JP2004349214A (ja) * | 2003-05-26 | 2004-12-09 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物型燃料電池の運転方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4840369A (ja) * | 1971-09-25 | 1973-06-13 | ||
| JPS58164165A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-29 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池の循環空気供給装置 |
| JPS58164157A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-29 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池の温度制御方式 |
| JPS62252075A (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-02 | Fuji Electric Co Ltd | 空冷式燃料電池の温度制御装置 |
| JPS6372072A (ja) * | 1986-09-12 | 1988-04-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラント |
| JPH04206159A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-28 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
-
1994
- 1994-04-18 JP JP6078742A patent/JP2811277B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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| JP2004349214A (ja) * | 2003-05-26 | 2004-12-09 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物型燃料電池の運転方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2811277B2 (ja) | 1998-10-15 |
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